Un approccio innovativo alla progettazione degli stampi

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Lazzaro Lolli
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1 Un approccio innovativo alla progettazione degli stampi Andrea Panvini Università degli Studi di Brescia PiQ 2 Tommaso Botter PiQ 2 info@piq2.com

2 IL CLIENTE RICHIEDE: Maggiore complessità dei prodotti Maggiori specifiche qualitative Riduzione dei pesi/integrazione di funzioni Riduzione dei costi di produzione Rispetto del time to market

3 LO STAMPISTA/LA FONDERIA deve affrontare: Riduzione dei tempi di sviluppo e messa a punto Molti progetti in parallelo: necessità di rendere autonomi i disegnatori nelle scelte e nelle verifiche senza creare colli di bottiglia. Margine economico ridotto rispetto al passato: poco margine di errore sullo stampo Riduzione dei lotti produttivi: stampi che devono essere produttivi ed affidabili velocemente Diffusione degli stampi multi figura: compromesso di esigenze a volte contrastanti

4 LO STAMPISTA/LA FONDERIA deve affrontare: Scarso riconoscimento dei costi di progettazione e messa a punto dello stampo: necessità di comprimere tempi e costi di progettazione e di campionatura Responsabilità di scelte tecniche: rischio elevato Scarsa interazione con la fonderia: massimizzare l affidabilità e qualità dello stampo, fornire alla fonderia parametri di lavoro affidabili.

5 Con quali STRUMENTI? ESPERIENZA TEORIA E CALCOLI CAD SIMULAZIONE DI PROCESSO CAMPIONATURE FEEDBACK DI FONDERIA

6 ?!

7 TURN OVER e KNOW HOW DEL PERSONALE: Il personale di ufficio tecnico con esperienza pratica di fonderia è sempre più raro. I calcoli funzionano ma i risultati devono essere sempre interpretati sulla base dell esperienza. IMPOSTAZIONE STAMPO: L impostazione dello stampo, se errata, trascina a valle problematiche non più risolvibili. Individuarle a monte permette di agire di conseguenza per evitarle finché si è in tempo.

8 AUMENTO DIFFICOLTA PROGETTO: Progetti nuovi e difficili rischiano di essere un salto nel buio se manca la dovuta esperienza. COLLI DI BOTTIGLIA: Se l esperienza è in mano a pochi, si creano colli di bottiglia nella progettazione. Dovendo rispettare i tempi, molte volte lo stampo «va avanti» senza le dovute verifiche.

9 INTERFACCIA CAD: Benchè molti software di simulazione abbiano funzioni CAD avanzate e complete, non sono dei modellatori solidi veri e propri e le modifiche alle geometrie richiedono di tornare al CAD nativo. DIFFICOLTA DI UTILIZZO: molti software di simulazione sono complicati da utilizzare e «sovradimensionati» per l utilizzo effettivo. Tipicamente in un ufficio tecnico li utilizza un numero molto ridotto di tecnici. COSTI DI SIMULAZIONE: il costo dei software e del personale dedicato a farlo funzionare, benché pienamente giustificato, è tutt ora molto elevato.

10 TEMPI DI SIMULAZIONE: simulazioni complicate possono durare anche diverse ore o giorni per mettere in evidenza problematiche che potevano essere previste con analisi di pochi secondi o minuti. PREVISIONE DEI DIFETTI: alcuni degli attuali software non tengono conto di alcuni fenomeni che accadono all interno di uno stampo: polverizzazione del metallo, presenza dell aria, aumento di viscosità, tirate d aria e vuoto.

TEMPISTICHE DI SIMULAZIONE: tipicamente la prima simulazione viene effettuata quando il progetto dello stampo (e spesso la sua costruzione) è in fase avanzata e semi definitiva CHE CONDIZIONI

11 TEMPISTICHE DI SIMULAZIONE: tipicamente la prima simulazione viene effettuata quando il progetto dello stampo (e spesso la sua costruzione) è in fase avanzata e semi definitiva CHE CONDIZIONI SIMULARE: Simulare il processo con parametri e condizioni diverse da quelle reali è inutile e fuorviante. Velocità di iniezione e velocità all attacco sono fortemente dipendenti dall intera impostazione dello stampo e dalla qualità richiesta al getto.

12 Prodotto italiano, team di sviluppo internazionale. Nato e sviluppato dalla collaborazione tra il mondo della fonderia (stampisti e fonderie) e quello della ricerca accademica ed industriale.

13 Orientato ad un utilizzo semplice ed efficiente Specializzato sul processo di pressocolata in camera fredda o calda. Si interfaccia con componenti OpenSource opportunamente modificati e customizzati.

14 Strumento SOFTWARE di assistenza alla progettazione e gestione di uno stampo, utilizzabile in tutte le fasi dello sviluppo e della produzione PREVENTIVAZIONE TECNICA ANALISI DELLE CRITICITA DEL COMPONENTE IMPOSTAZIONE ED OTTIMIZZAZIONE DELLA BOZZA OTTIMIZZAZIONE DEL DISEGNO DEI CANALI DIMENSIONAMENTO DEGLI SFOGHI D ARIA SIMULAZIONE DEL RIEMPIMENTO SIMULAZIONE DELLA SOLIDIFICAZIONE OTTIMIZZAZIONE DEI PARAMETRI DI STAMPAGGIO RISOLUZIONE DELLE NON CONFORMITA

Strumento SOFTWARE economico, veloce e semplice da utilizzare: INTEGRATO IN UN CAD 3D (CORE PARASOLID) INTERFACCIA INTUITIVA IN LINGUAGGIO COMUNE POSSIBILITA DI

15 Strumento SOFTWARE economico, veloce e semplice da utilizzare: INTEGRATO IN UN CAD 3D (CORE PARASOLID) INTERFACCIA INTUITIVA IN LINGUAGGIO COMUNE POSSIBILITA DI LAVORARE «VIRTUALMENTE» IN ASSENZA DI GEOMETRIA 3D BASSO COSTO DI ACQUISTO E MANUTENZIONE UTILIZZO ESTESO A TUTTO L UFFICIO TECNICO CALCOLO MULTIPROCESSORE NATIVO

16 CONCETTO DI BASE: Effettuare a monte della progettazione una valutazione dell impostazione globale permette di prevenire molte difficoltà nelle fasi successive Calcolare e prevedere con precisione il funzionamento dello stampo sulla macchina permette di effettuare simulazioni più rappresentative delle condizioni reali di utilizzo.

17 CONCETTO DI BASE: Calcolare e prevedere con precisione il funzionamento dello stampo sulla macchina permette di effettuare simulazioni più rappresentative delle condizioni reali di utilizzo.

18 Si occupa di analizzare la geometria del pezzo e dei canali, definire i requisiti qualitativi ed effettuare dei calcoli utili all ottimizzazione del sistema stampo-macchina

19 Si differenzia da un semplice foglio di calcolo perché incorpora un SISTEMA ESPERTO INTELLIGENTE che valuta i risultati numerici dei calcoli sulla base di criteri derivati dall esperienza fornisce un interpretazione in linguaggio naturale completa di suggerimenti.

20 Geometria (3D o virtuale) Macchina, pistone, contenitore. Lega e materiali stampo e getto Parametri di processo. Obbiettivi qualitativi (finitura superficiale/porosità)

21 Geometria (3D o virtuale) Macchina, pistone, contenitore. Lega e materiali stampo e getto Parametri di processo. Obbiettivi qualitativi (finitura superficiale/porosità)

22 Geometria (3D o virtuale) Macchina, pistone, contenitore. Lega e materiali stampo e getto Parametri di processo. Obbiettivi qualitativi (finitura superficiale/porosità)

23 OUTPUT Parametri di processo ottimizzati Verifica del PQ2, dimensionamento attacchi di colata Suggerimenti di ottimizzazione in linguaggio naturale

24 CONCETTO DI BASE: I canali di colata sono molte volte l unico grado di libertà concesso allo stampista. Errori di impostazione del sistema di colata si ripercuotono sicuramente sulla qualità del getto. COSA FA: Ottimizza la geometria a monte degli attacchi per evitare problemi nel getto. Valuta il reale «comportamento» dei canali

25 TEMPI Di preparazione della geometria: qualche minuto Di meshatura: da qualche secondo a qualche minuto (meshatura in parallelo su più processori) Di simulazione: da qualche secondo a qualche minuto (calcolo in parallelo su più processori)

26 COSA FA: Ottimizza la geometria a monte degli attacchi per evitare problemi nel getto. Valuta diverse soluzioni di canali/attacchi di colata in qualche minuto Verifica le reali velocità agli attacchi di colata e nei canali Verifica del riempimento dei canali e del possibile inglobamento di aria. Individua le zone critiche per il flusso nei canali

27 COSA FA: Ottimizza la geometria a monte degli attacchi per evitare problemi nel getto. Valuta diverse soluzioni di canali/attacchi di colata in qualche minuto Verifica le reali velocità agli attacchi di colata e nei canali Verifica del riempimento dei canali e del possibile inglobamento di aria. Individua le zone critiche per il flusso nei canali

28 CONCETTO DI BASE Simulare in maniera il più possibile realistica il riempimento dello stampo OBIETTIVI Simulare l effetto di polverizzazione del metallo causato dalla velocità Considerare il flusso sia il metallo che l aria Simulare fisicamente l effetto del vuoto e delle tirate d aria. Tener conto anche durante il riempimento della solidificazione del metallo, della sua tensione superficiale, della viscosità.

29 TEMPI Di preparazione della geometria: qualche minuto Di meshatura: 5-30 minuti (meshatura in parallelo su più processori) Di simulazione: 1-12 ore(calcolo in parallelo su più processori)

30 TEMPI Di preparazione della geometria: qualche minuto Di meshatura: 5-30 minuti (meshatura in parallelo su più processori) Di simulazione: 1-12 ore(calcolo in parallelo su più processori)

31 OUTPUT Classici: visualizzazione del riempimento in temperatura, velocità, pressioni

32 OUTPUT Classici: visualizzazione del riempimento in temperatura, velocità, pressioni

33 OUTPUT INNOVATIVI visualizzazione multifasica per macro e micro inglobamento di aria individuazione del non completo riempimento di parti dello stampo Rx virtuali

34 OUTPUT INNOVATIVI visualizzazione e tracciamento del fronte freddo /ossidi

35 Per la determinazione della deformazione di carri, anime ceramiche sotto l effetto del riempimento e della moltiplica.

36 Per il calcolo, la simulazione ed il dimensionamento termico dello stampo.

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